[發(fā)明專利]一種壓力容器半球增材制造路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811280754.1
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109454230B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李權(quán);王國慶;王福德;趙衍華;白景彬;羅志偉;馮晨;張益坤;朱瑞燦;魏瑞剛;徐宋娟;黑艷穎
• 申請（專利權(quán)）人: 首都航天機(jī)械有限公司;中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號: B22F3/00
• 分類號: B22F3/00;B22F5/00;B33Y10/00;B33Y50/02;G05D27/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

本發(fā)明公開了一種壓力容器半球增材制造路徑規(guī)劃方法，該方法包括兩種方案，一種是采用固定熱源的方式，僅通過兩軸變位機(jī)實(shí)現(xiàn)沉積路徑。半球球心與變位機(jī)翻轉(zhuǎn)軸中心重合，每沉積一層，變位機(jī)翻轉(zhuǎn)相同角度后，變位機(jī)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)逐層熔化沉積，成形出半球。另一種是采用可移動熱源的方式，需機(jī)器人或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)夾持等離子弧、電子束等熱源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)與兩軸變位機(jī)協(xié)同運(yùn)動，每沉積一層，變位機(jī)翻轉(zhuǎn)相同角度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動熱源跟隨已沉積半球移動一段距離，變位機(jī)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)逐層熔化沉積，成形出半球。本發(fā)明能夠直接快速成形出復(fù)雜形狀的壓力容器半球，成形效率高、成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壓力容器半球增材制造路徑規(guī)劃方法，屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，主要用于航天鈦合金氣瓶、儲罐的快速研制。

背景技術(shù)

以運(yùn)載火箭超臨界氦儲罐為代表的一類壓力容器半球，尺寸大，直徑達(dá)1米以上，壁厚不均勻，力學(xué)性能要求高，傳統(tǒng)的旋壓、超塑成形難度大，對設(shè)備要求高，材料去除量大，導(dǎo)致加工成本高，成形周期長。采用增材制造方法，不需要模具，可直接快速成形出復(fù)雜形狀的半球，成形效率高、成本低。但是如何規(guī)劃增材制造路徑精確成形壓力容器半球是技術(shù)難點(diǎn)，目前還沒有公開報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種壓力容器半球增材制造路徑規(guī)劃方法，能夠直接快速成形出復(fù)雜形狀的壓力容器半球，成形效率高、成本低。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種壓力容器半球增材制造路徑規(guī)劃方法，包括如下步驟：

步驟S1：選取鈦合金棒作為成形用的基棒，設(shè)置旋轉(zhuǎn)平臺上表面距變位機(jī)翻轉(zhuǎn)軸中心距離R1，則沉積位置距旋轉(zhuǎn)平臺距離R2＝R1-R，R為要成形的半球半徑；

步驟S2：根據(jù)要成形的半球半徑及基棒半徑計算變位機(jī)翻轉(zhuǎn)軸初始角度θ₀；

步驟S3：計算要成形的半球每層的變位機(jī)翻轉(zhuǎn)軸傾轉(zhuǎn)角度θ_n；

步驟S4：計算要成形的半球每層的沉積半徑Rn；

步驟S5：計算要成形的半球每層的變位機(jī)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角速度W；

步驟S6：按上述每層的變位機(jī)翻轉(zhuǎn)軸傾轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角速度，從第一層開始逐層沉積，直到θ_n＝90°，完成半球成形。

所述步驟S2中，利用如下公式計算變位機(jī)翻轉(zhuǎn)軸初始角度θ₀：

θ₀＝180*R₀/(3.14*R)

R₀為鈦合金棒的半徑。

所述步驟S3中，設(shè)定要成形的半球每層沉積高度為h，每堆一層變位機(jī)翻轉(zhuǎn)軸傾轉(zhuǎn)角度增加d_θ度，d_θ＝180*h/(3.14*R)，第n層后，變位機(jī)翻轉(zhuǎn)軸傾轉(zhuǎn)角度θ_n＝n*d_θ+θ₀。

所述步驟S4中，第n層沉積半徑Rn＝RSinθ_n。

所述步驟S5中，設(shè)沉積線速度恒定為V mm/s，則沉積至第n層后，旋轉(zhuǎn)角速度W＝360*V/(2*3.14*Rn)，單位為度/秒。

一種壓力容器半球增材制造路徑規(guī)劃方法，包括如下步驟：

步驟Y1：選取鈦合金棒作為成形用的基棒，設(shè)置旋轉(zhuǎn)平臺上表面距變位機(jī)翻轉(zhuǎn)軸中心距離R1，沉積位置距旋轉(zhuǎn)平臺距離R2；

步驟Y2：根據(jù)要成形的半球半徑及基棒半徑計算變位機(jī)翻轉(zhuǎn)軸初始角度θ₀，